iPad 使用過程中環境照度對人眼視覺質量的影響研究

蔡建奇，杜 鵬，郭 婭，黃 帥， 溫蓉蓉，張 玉

(1.中國標準化研究院，北京 100088；2.北京陽明智道光電科技有限公司，北京 100102；3.中國質檢出版社，北京 100100)

iPad 使用過程中環境照度對人眼視覺質量的影響研究

蔡建奇1，杜 鵬2，郭 婭1，黃 帥1， 溫蓉蓉2，張 玉3

(1.中國標準化研究院，北京 100088；2.北京陽明智道光電科技有限公司，北京 100102；3.中國質檢出版社，北京 100100)

隨著計算機技術的快速發展與普及，平板電腦逐漸成為人們日常生活不可或缺的生活用品。大部分消費者經常在晚上睡前使用iPad等各類手機產品，本研究希望通過實驗研究在暗室(0lx)和200lx照度下人眼的視覺舒適度和視覺質量的變化情況，從而確定照度對人眼視覺質量和視覺疲勞的影響程度，為以后的視覺健康研究提供數據支持。

視覺質量；VICO指數；照度；視覺舒適度

引言

個人電腦、計算機系統的視覺顯示終端(Visual Display Terminal，VDT)隨著計算機技術的快速發展與普及，手機和平板電腦也都可以納入VDT的范疇。VDT綜合癥就是指由于眼睛長時間注視視屏終端引起的眼睛不適等綜合癥狀。iPad作為蘋果公司出品的高端平板電腦，其功能強大，隨身攜帶方便，逐漸成為人們日常生活不可或缺的生活用品，并一直收到消費者的青睞。iPad作為一種新型的視覺顯示終端，和其他顯示設備類似，其顯示效果會受到諸多自身和環境因素的影響[1]。

有研究表明從視覺功效學的角度出發，在 0～500 lx 照度下，對車載液晶顯示器(LCD)顯示調控指標和環境照明對亮度對比度的影響進行了研究，以判讀蘭道環的績效指數和主觀評價為指標，對 LCD 在不同照度和亮度對比度條件下的視覺功效進行了實驗，結果顯示在相同照度下亮度對比度對視覺效果有顯著影響，在不同照度水平下照度的影響更為顯著[2]。研究表明周圍環境亮度和屏幕亮度對 TFT-LCD 顯示器字符識別績效的影響，結果顯示環境照度沒有顯著影響字符識別績效，屏幕亮度會顯著影響字符識別績效[3]。對國內外軍用飛機座艙工效學研究進展進行了總結，屏幕表面的垂直照度不應大于100lx[4]。有學者研究了VDT屏面亮度和文件背景照度對視覺核對作業的影響效應，15～20cd/m2是 VDT 屏幕亮度的推薦范圍，而300～450lx可作為文件背景照度的推薦范圍[5]。還有研究結果顯示200lx照度下的績效要高于700lx照度下的績效[6]。

本研究將研究在兩種環境照度下(暗室和200lx)使用iPad2平板電腦45min前后人眼的視覺質量、主觀疲勞評價等指標變化情況。從而確定環境照度對人眼視覺質量和視覺疲勞的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選取96名被試者，均來自于工廠的一線工人， 無重度近視和散光(近視在300度以內，散光在-100度以內)。被試者在測試前告知被檢者詳細的實驗流程，并簽訂了志愿者知情協議書。樣本均為男女比例1∶1，年齡(29.4±6.2)歲。為避免視力疲勞的干擾，所有被試者在測試前均有充足的睡眠，且安排在測試前閉眼休息半小時，以保證被試者在測試過程中，都處于良好的心理和生理狀態。本研究遵循的程序符合醫學倫理委員會的倫理學標準。

1.2 研究方法

1.2.1 測試前人眼篩查

測試前對被試者進行驗光儀(NIDEK AR-310)測試，采用綜合驗光臺和魔術視力表箱篩查主視眼、雙眼融像、雙眼視平衡、色辨識等參數，以便于剔出嚴重屈光不正、隱性眼科疾病的被試樣本。

1.2.2 測試過程

本研究使用iPad2平板電腦(9.7英寸，分辨率1024×768，屏幕比例4∶3)做為視頻提供源，整個測試過程中，被試者觀看iPad2的距離為0.6 m，觀看影片為同一內容的標準樣片。測試環境照度分別為暗室環境(0 lx)和200 lx的屏面照度。iPad2屏幕亮度等級均設定為50%。其中暗室環境測試組樣本42人，200 lx的屏面照度測試組樣本為54人。

首先，被試者在測試現場休息(眼睛不能觀看電子類產品)5min后，采用自主研制的波前像差儀(經過北京計量院校準，校準證書編號：H413Z-G0125)進行基礎屈光和波前像差測試，采集被試者最佳狀態下的全眼波前像差值，然后開始進行不同照度條件下iPad2的觀視任務。整個觀視時間為60min，任務結束后再進行一次基礎屈光和波前像差測試。用主觀評分法進行視覺疲勞的調查是常用的研究方法之一[7]。本研究采用5級(1—非常舒適，2—一般舒適，3—適中，4—一般疲勞，5—非常疲勞)打分表進行視覺疲勞的評估。

測試流程圖如圖1所示。

圖1 測試簡要流程圖Fig.1 The flow chart of test

1.2.3 測試設備

采用驗光儀(NIDEK AR-310)、綜合驗光臺(TOPCON DK-3100)和自主研制的視覺綜合測試平臺(經過北京計量院校準，校準證書編號：H413Z-G0125)測試內指標包括基礎屈光、調節集合性/調節比(accommodative convergence/accommodation ratio, AC/A)、高階像差、光學調制傳遞函數(modulation transfer function, MTF)等參數。

1.3 統計學方法

采用Matlab R2011b對觀視前后60min的數據，利用BP神經網絡的非線性自適應的模擬，現階段選取多項客觀指標——基礎屈光、AC/A、像差、MTF等作為網絡的輸入層P(Input)，本團隊已經通過大樣本的視覺人因數據庫構建的VICO指數(Visual Comfortable Index)模型[8]，得出輸出的視覺舒適度結果VICO得分。VICO指數得分共分為5級。級數越高說明健康舒適度程度越低，具體如表1所示。

表1 視覺舒適度(VICO指數)量化分級

不同組間的差異性采用spss19.0中單因素方差分析的Bonferroni方法對假定方差齊性下的組間均值數據進行比較。當p<0.05時表明兩組間的差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同照度下iPad2對人眼舒適度的影響

通過在兩組環境照度下(0/200 lx)對被試者使用iPad2的測試，得出結果如圖2所示。兩組環境照度下VICO指數測試結果在統計學基礎上有顯著性差異，200 lx和0 lx照度下，人眼舒適度均在3級，0 lx組高于200 lx組。

圖2 不同環境照度下iPad2的VICO指數Fig.2 VICO index in different illuminance

2.2 不同照度下iPad2對人眼MTF的影響

在兩組環境照度下人眼MTF在測試前后的變化量如圖3所示。兩組照度下，左眼和右眼的MTF在0 lx條件下均小于200 lx，且差異存在顯著性意義(p<0.05)。

圖3 不同環境照度下雙眼MTF測試前后的變化結果Fig.3 MTF variation result in different illuminance

2.3 不同照度下iPad2對主觀疲勞的影響

在兩組環境照度下iPad2使用后用戶的主觀疲勞打分，測試結果如圖4所示，在0 lx照度下，用戶的主觀打分在3級以上，疲勞程度適中；在200 lx照度下，用戶主觀打分僅為1～2級之間，較為舒適；且兩種照度下的主觀評分在存在顯著性差異(p<0.05)。

圖4 不同照度下用戶主觀疲勞評分結果Fig.4 Visual fatigue result in different illuminance

3 結論

1)VICO指數作為一項評價綜合的視覺生理指標能有效評價人眼舒適度的狀態[8]，并廣泛應用于多類顯示領域，其中包括LED電視(2D模式)[9]、LED電視(3D模式)[10]、大尺寸顯示屏(LED/DLP)[11]等。本研究發現VICO指數能有效評價在不同環境照度下使用iPad2平板電腦的人眼舒適度，在200 lx照度下，人眼的舒適度是高于0 lx的。其他學者的研究也表明環境照度與手機亮度對人眼的舒適度是有較大的影響[12]，應基于人的視覺舒適度狀況進行顯示屏亮度自動調節最優值的研究[13]。

2)MTF指標能有效評價屈光手術視覺恢復質量，術后MTF明顯提高[14]，本研究發現MTF在人眼疲勞狀態下，也會發生較大的變化，在0 lx照度下MTF的數值明顯小于200 lx組，從研究結果可以發現，MTF指標可以作為評價不同照度下使用平板電腦后視覺疲勞的一個參考指標。

3)通過用戶的主觀疲勞評分可以看出，在0 lx(暗室)環境下使用iPad2平板電腦后用戶的疲勞感明顯高于200 lx，該結果與VICO指數的測試結果有一致性。研究表明照度對減緩視覺疲勞和提供工作績效都是有一定的輔助作用[15],本研究的結果表明，在暗室環境下使用iPad2平板電腦對人眼的舒適性影響較大，若長時間使用，存在誘發眼部疾病的風險。為保證消費者的視覺健康，建議在有一定照度的環境下使用平板電腦。

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Effect of Visual Quality by Using iPad in Different Illuminance

CAI Jianqi1, DU Peng2, GUO Ya1, HUANG Shuai1, WEN Rongrong2, ZHANG Yu3

(1.China National Institute of Standardization, Beijing 100088, China; 2.Beijing Yangmingzhidao PhotoelecticScience&TechnologyCo.Ltd.,Beijing100102,China;3.ChinaZHIJIANPublishingHouse,Beijing100100,China)

With the rapid development and popularization of computer technology, tablet PC has become an indispensable part of daily life. Most consumers often use iPad and other types of mobile phone products at night before go to bed. This research hopes to study the change of human eye visual comfort and visual quality with experiments in anechoic chamber (0 lx) and 200 lx illumination situations, to determine the illumination effect influence on visual quality and visual fatigue, which will provide data support for future research on visual health.

visual quality； VICO index； illumination; visual comfort

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2016.06.002